运行中电容式电压互感器二次电压异常情况分析与处理

刘 勇，陈正强，曹庆洲，谭 乐

（深圳供电局有限公司，广东深圳 518000）

电容式电压互感器是变电站的重要设备，其主要功能是测量系统电压，对计量、继电保护、避雷器带电测试等具有重要作用[1]。其常见缺陷为异常发热、二次电压异常，分析原因，主要有以下几种：介损偏大、电容量变化、中间变压器元器件故障等。如何有效掌握其状态对于变电站安全稳定运行十分重要[2]。

目前针对电容式电压互感器的周期性试验项目主要是带电进行红外和紫外检测，停电开展绝缘电阻测试和介损电容量测试，部分地区推行了带电监测介损和电容量，这对于防范电容式电压互感器的常见缺陷可起到有效的作用[3]。

然而，2022年接连发生的几起电容式电压互感器二次电压异常事件，却显示出仅依靠常规检测手段，并不能及时有效地检测出设备缺陷，对电力系统的稳定运行带来了隐患。

文章对某变电站近期出现的电容式电压互感器二次电压异常事件进行了分析，准确判断出产生异常的原因，并论证了二次电压在线监测对设备稳定运行的作用。

1 二次电压异常情况分析

1.1 运行中二次电压不平衡

2022年3月8日，通过监屏发现某变电站112 PT后台电压显示异常，经现场测量，AB 相二次电压约为58.2 V，C 相二次电压约为57 V，C 相二次电压比AB 相偏低，差值约为1.2 V。后经多次跟踪测量，差值稳定在1.2 V 左右。

该电容式电压互感器工作原理如图1所示，一次电压经过电容单元降压，再经过中间变压器降压，最终得到二次电压。

图1 电容式电压互感器原理

其中，电容分压单元变比K=1+C2/C1。

2022 年3 月26 日，试验部组织人员 对112 PT 开展了停电诊断性试验，结果如下。

（1）电容量测量。电容量测试结果见表1，经对比对2017年2月15日试验记录发现，C 相C2单元电容量增大2.65%，已经达到了规程要求的注意值（2%），但还未超出合格范围。根据电容量计算，K=1+C2/C1，C2增大，变比K增大，二次电压降低。经计算，相比于2017年2月15日试验数据，本次变比增大约1.44%，二次电压降低约1.42%，与二次电压测量结果较为吻合。

表1 112 PT电容量测试结果

（2）变比测量。变比测试结果见表2，C 相变比相比额定值偏大，相比AB 相也偏大，增大百分比与电容量测试结果较为相符，基本可判断C 相二次电压异常是由C 相C2电容单元内部故障引起。

表2 112 PT变比测试结果

此外，该112 PT 绝缘电阻、介损、二次绕组直流电阻等其他试验数据合格，无明显异常。

1.2 投运时二次电压发生变化

2022 年9 月13 日，同一变电站111 PT 预试完成后送电，送电后二次电压不平衡，保护和计量组电压如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C 相59.3 V，B 相二次电压比AC 相偏低，AB 差值约为1.3 V，BC 相差值约为1.7 V。后经多次跟踪测量，差值稳定。

2022 年9 月13 日，试验班组对111 PT 开展正常停电预试，电容量测试结果见表3。本次试验，ABC三相总电容量与铭牌值接近，最大偏差仅为–0.12%，与2017 年试验结果相比，每个电容单元的偏差均在–0.61%～–0.73%，考虑是不同测试仪器间的误差引起。试验结果合格。

表3 111 PT 电容量测试结果

2022年9月13日晚送电后，二次电压不平衡，保护和计量组电压如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C相59.3 V，B 相二次电压比AC 相偏低，AB 差值约为1.3 V，BC 相差值约为1.7 V。后经多次跟踪测量，差值稳定。2022 年9 月27 日，检修专业对111 PT 进行了更换，试验部组织人员对更换下来的111 PT 开展了诊断性试验，结果如下。

（1）电容量测量。电容量测试结果见表4，经对比2022年9月13日试验记录发现，B 相C2单元电容量增大3.29%，已经达到了规程要求的注意值（2%），但还未超出合格范围。根据电容量计算，K=1+C2/C1，C2增大，变比K增大，二次电压降低。经计算，相比于上次试验数据，本次变比增大约1.58%，二次电压应降低约1.58%，与二次电压测量结果较为吻合。

表4 111 PT第二次电容量测试结果

（2）变比测量。变比测试结果见表5，B 相变比相比额定值偏大，相比AC 相也偏大，增大百分比与电容量测试结果较为相符，基本可判断B 相二次电压异常是由B 相C2电容单元内部故障引起。

表5 111 PT变比测试结果

此外，该111 PT 绝缘电阻、介损、二次绕组直流电阻等其他试验数据合格。

2 原因分析及处理

2.1 原因分析

电容分压器的高压和中压电容均为多电容单元串联，如图2所示。在交流电压作用下各单元按各自电容量大小进行分压，实际上各单元承受电压基本均匀。

图2 电容单元

在运行过程中，由于杂质、水分等因素的影响，再加上常年承受系统电压，某些电容单元的绝缘会产生老化现象，其绝缘水平会下降，在过电压甚至是正常工作电压的作用下，有可能发生击穿。击穿后会导致高压单元和中压单元的分压比产生改变，进而使二次电压产生偏差。同时，发生击穿情况后，会导致其他未击穿的电容单元所承受的电压升高，加速绝缘老化，当绝缘水平进一步降低后，会有更多的电容单元发生击穿。图3为发生了击穿的电容单元[4]。

图3 电容单元产生黑色击穿痕迹

分析111 PT 和112 PT 的运行情况，112 PT 历次预试数据合格，疑为运行中电容单元发生了击穿。而111 PT 在2022 年9 月13日预试时数据合格，晚上送电时二次电压异常，在排除了其他影响因素后，初步判定是送电时的操作过电压导致电容发生了击穿，此后的停电试验也证明了这一点。

2.2 处理情况

根据检修试验规程的规定，电容量的合格范围为–5%～10%[6]，上述两组PT 的电容量变化均在此范围内，满足检修试验规程的要求。然而，因为上述两组均为母线PT，单相出现电容量变化的情况，会导致二次电压不平衡，倘若二次电压进一步变化，差距进一步加大，则会影响继电保护的正确动作。因此，即便试验数据尚在合格范围内，也对其进行了更换处理。

3 二次电压监测

停电开展介损电容量测试，以及带电监测介损和电容量，对于防范电容式电压互感器的常见缺陷可起到有效的作用。但是，对于110 kV 设备而言，其预试周期为6 a，在此期间，电容量的变化有可能会超出规程要求，因此，结合二次电压监测可较早发现电容单元的劣化情况，该方法可进行推广。

但是，二次电压监测除了监测实时数据以外，还应当分析历史变化曲线。因为当高压电容和中压电容变化比例相当时，电容单元电压比正常，二次电压不会产生异常。分析二次电压的历史曲线可有效避免这种情况。